吳門新 莊立偉* 侯英雨 毛留喜 王建林 呂厚荃 李 軒 何延波 宋迎波 郭安紅 趙秀蘭 錢永蘭

1)(國家氣象中心， 北京 100081)2)(中國氣象局， 北京 100081)

引 言

1958年中央氣象局編發(fā)《全國農(nóng)業(yè)氣象旬報》,成為我國農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)開始的標志。1983年國家氣象局下達編制《全國農(nóng)業(yè)氣象旬月報》任務(wù)，為國務(wù)院和有關(guān)部委提供農(nóng)業(yè)氣象信息服務(wù)，重新恢復了全國農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)[1]。趙四強等[2-3]、王建林等[4]、莊立偉等[5]研發(fā)了最早的農(nóng)業(yè)氣象情報預報業(yè)務(wù)軟件系統(tǒng)，該時期的系統(tǒng)多基于微機開發(fā)，主要功能包括電報報文收報解報、氣象要素等值線繪制、作物產(chǎn)量預報等功能，與當時的業(yè)務(wù)實際情況相適應。隨著時代的發(fā)展，農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)服務(wù)內(nèi)容已由當年的農(nóng)業(yè)氣象情報、國內(nèi)作物產(chǎn)量預報，發(fā)展到土壤墑情監(jiān)測、農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測預報、國外作物產(chǎn)量預報、災害性轉(zhuǎn)折性與重要農(nóng)事季節(jié)的農(nóng)用天氣預報、農(nóng)林病蟲害發(fā)生發(fā)展氣象等級預報、植被與草地生態(tài)監(jiān)測評估、夏收夏種與秋收秋種等關(guān)鍵農(nóng)時農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)專報等諸多方面[6]；農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)技術(shù)也由農(nóng)業(yè)氣象指標和統(tǒng)計分析逐漸發(fā)展到農(nóng)業(yè)氣象指標體系、統(tǒng)計模式、作物機理模型、遙感、地理信息系統(tǒng)等多元技術(shù)的綜合集成，農(nóng)業(yè)氣象產(chǎn)品向定量化、精細化發(fā)展[7]。但農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)未能與業(yè)務(wù)領(lǐng)域的拓展和業(yè)務(wù)技術(shù)的發(fā)展相同步，出現(xiàn)了明顯滯后，由于農(nóng)業(yè)氣象觀測資料地區(qū)差異性強，觀測要素種類多內(nèi)容雜，缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的數(shù)據(jù)技術(shù)標準及其存儲和管理方法；由于農(nóng)業(yè)氣象的業(yè)務(wù)領(lǐng)域在近20年一直擴展，工作內(nèi)容一直變化，新增一項業(yè)務(wù)內(nèi)容便研發(fā)一個業(yè)務(wù)平臺，導致各業(yè)務(wù)平臺開發(fā)技術(shù)差異較大，缺乏規(guī)范的規(guī)劃與管理，使各時期開發(fā)的系統(tǒng)和模塊規(guī)模小且零散；國家級和省級各種不同的業(yè)務(wù)平臺制作的服務(wù)產(chǎn)品，在地理范圍、圖形分辨率、色標及表達方式上缺乏統(tǒng)一的標準。如何有效規(guī)范農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，如何集成復雜的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)邏輯，如何制作標準規(guī)范的產(chǎn)品，成為農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)難題。莊立偉等[8]提出采用策略模式為主、工廠方法模式為輔的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)軟件設(shè)計模式，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、專業(yè)模型、系統(tǒng)框架相結(jié)合，構(gòu)建適用于現(xiàn)代業(yè)務(wù)特點的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)。楊太明等[9]、吳文玉等[10]采用通用數(shù)據(jù)庫結(jié)合組件式地理信息系統(tǒng)模式，進行省級農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)。吳煥萍等[11]、呂終亮等[12]采用類似技術(shù)框架進行氣候業(yè)務(wù)系統(tǒng)(CIPAS)和決策氣象服務(wù)系統(tǒng)(MESIS)的設(shè)計與開發(fā)?；诂F(xiàn)有的信息技術(shù)進展和當前農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)的特點，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、插件式編程和組件式地理信息系統(tǒng)等技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)范管理、功能模塊集成以及業(yè)務(wù)產(chǎn)品渲染是比較可行的技術(shù)方案。

中國農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)(CAgMSS)主要面向國家級和省級兩級業(yè)務(wù)需求研發(fā)，采用Oracle和SQL Server等大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，可以嚴格定義農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)所涉及氣象、土壤和作物要素，采用C/S架構(gòu)的客戶端訪問同一數(shù)據(jù)服務(wù)器，可保證數(shù)據(jù)訪問的唯一性；針對不斷拓展的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)領(lǐng)域和技術(shù)，采用基于.Net框架的插件編程技術(shù)可有效解決業(yè)務(wù)模塊不斷擴展的問題，同時各業(yè)務(wù)模塊可采用相同規(guī)范的技術(shù)接口實現(xiàn)模塊插拔；采用目前主流GIS的工業(yè)標準技術(shù)組件，可制作出國家級和省級一致性高、通用性好且符合國家地理制圖規(guī)范的圖形產(chǎn)品。

1 總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)流程

根據(jù)業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)F(xiàn)有農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)分為農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測評價、作物產(chǎn)量預報、災害監(jiān)測評估、農(nóng)業(yè)病蟲害氣象等級預報、農(nóng)用天氣預報、生態(tài)氣象監(jiān)測評估、農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測和作物模型應用8個方面，同時考慮數(shù)據(jù)綜合分析和產(chǎn)品加工制作兩項通用功能，將CAgMSS劃分為10個子系統(tǒng)。系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)流框架見圖1。各個子系統(tǒng)按照產(chǎn)品制作與傳輸流程劃分為數(shù)據(jù)源、模型方法、專題圖制作和目標用戶4個階段。①數(shù)據(jù)源：系統(tǒng)需要收集的數(shù)據(jù)來源包括國家氣象信息中心MDSS[13-14]、CIMISS[15-16]、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)[17]、國家氣象中心智能網(wǎng)格預報產(chǎn)品[18]以及GRAPES_GFS實時產(chǎn)品；根據(jù)數(shù)據(jù)的特點進行預處理后，將站點數(shù)據(jù)存儲到農(nóng)業(yè)氣象綜合分析數(shù)據(jù)庫[19]。格點數(shù)據(jù)和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)按照農(nóng)業(yè)氣象相關(guān)規(guī)范以文件形式存儲于網(wǎng)絡(luò)磁盤陣列。②模型方法：采用統(tǒng)一的農(nóng)業(yè)氣象算法庫封裝如農(nóng)業(yè)氣象評價[20]、作物產(chǎn)量預報[21]、農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測預報[22]、農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測[23]等業(yè)務(wù)算法，利用插件方式加載至系統(tǒng)主框架，執(zhí)行計算過程，計算結(jié)果存儲于本地磁盤。③專題圖制作：對業(yè)務(wù)模型運算輸出的結(jié)果數(shù)據(jù)依據(jù)各種模板對各個產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行符號配置和圖層渲染，對空間統(tǒng)計的結(jié)果數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)表或者統(tǒng)計圖輸出。④目標用戶：產(chǎn)品生成后業(yè)務(wù)人員對農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)重點和熱點問題進行分析，凝練服務(wù)主題，撰寫服務(wù)材料，向CIMSS產(chǎn)品庫、中國天氣網(wǎng)、決策服務(wù)共享網(wǎng)和農(nóng)業(yè)氣象共享網(wǎng)等終端提供服務(wù)產(chǎn)品。

圖1 CAgMSS總體數(shù)據(jù)流框架Fig.1 The general data flow chart of CAgMSS

1.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

CAgMSS邏輯結(jié)構(gòu)上可分為基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、組件層和應用層4層(圖2)，通過層間協(xié)同工作及層內(nèi)業(yè)務(wù)處理實現(xiàn)整體業(yè)務(wù)體系的架構(gòu)?；A(chǔ)層主要提供CAgMSS的開發(fā)運行環(huán)境，主要基礎(chǔ)框架軟件包括.Net開發(fā)框架、ArcGIS Engine空間分析組件、Developer Express桌面控件、Oracle數(shù)據(jù)庫以及Quartz作業(yè)調(diào)度平臺等。數(shù)據(jù)層主要處理來自國家氣象信息中心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(MDSS和CIMI-SS)、國家衛(wèi)星氣象中心衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)共享平臺和國家氣象中心智能網(wǎng)格氣象預報數(shù)據(jù)和產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)氣象觀測以及基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)等，則采用Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進行存儲和管理。衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和智能網(wǎng)格氣象預報產(chǎn)品數(shù)據(jù)采用文件方式存儲，在邏輯上可以分為數(shù)據(jù)準備區(qū)、主數(shù)據(jù)存儲區(qū)、臨時工作區(qū)、農(nóng)氣產(chǎn)品區(qū)和運行管理區(qū)。組件層是CAgMSS的基礎(chǔ)類庫層，提供基礎(chǔ)公用功能操作，供各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)需要時調(diào)用，可以分為數(shù)據(jù)訪問類庫、GIS功能類庫以及農(nóng)業(yè)氣象算法類庫3部分。數(shù)據(jù)訪問類庫提供數(shù)據(jù)庫和文件的讀寫操作，GIS功能類庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)的空間分析及空間操作，農(nóng)業(yè)氣象算法類庫封裝各項農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)模塊所涉及的模型和算法。應用層是CAgMSS與用戶交互的業(yè)務(wù)操作平臺,主要由用戶界面、業(yè)務(wù)子系統(tǒng)部件組以及任務(wù)調(diào)度器與自動任務(wù)程序組成。其中業(yè)務(wù)子系統(tǒng)部件組包括農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)分析應用、農(nóng)業(yè)氣象評價、作物產(chǎn)量預報、農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測預報、生態(tài)氣象監(jiān)測評估和農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)產(chǎn)品制作等部件組。

圖2 CAgMSS總體架構(gòu)Fig.2 The general framework of CAgMSS

1.3 系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)

CAgMSS采用Client/Server物理架構(gòu)，分為客戶端和服務(wù)器端?？蛻舳耸沁B接局域網(wǎng)的高性能圖形工作站，可根據(jù)每個客戶端的不同業(yè)務(wù)需求，對業(yè)務(wù)子系統(tǒng)如農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)庫分析應用、農(nóng)業(yè)氣象評價、作物產(chǎn)量預報、農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測預報、農(nóng)林病蟲害氣象等級預報、農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測、生態(tài)氣象監(jiān)測評估等任意組合部署。服務(wù)器端設(shè)計數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、文件服務(wù)器以及后臺應用服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要部署操作系統(tǒng)Windows Server和Oracle數(shù)據(jù)庫，提供地面氣象、農(nóng)業(yè)氣象地理以及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟信息等數(shù)據(jù)支持。文件服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)連接，主要提供文件共享服務(wù)，以及衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和智能網(wǎng)格預報產(chǎn)品等大文件數(shù)據(jù)。后臺應用服務(wù)器部署總體框架軟件包和后臺自動運行程序，主要運行需要數(shù)據(jù)自動入庫及需要自動生成的產(chǎn)品如每日土壤濕度產(chǎn)品和自動災害監(jiān)測產(chǎn)品等。

2 關(guān)鍵技術(shù)

CAgMSS作為一個實時農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)運行系統(tǒng)，是綜合現(xiàn)代信息技術(shù)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象技術(shù)成果建設(shè)而成。當前農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)服務(wù)工作主要包括農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測評價、作物產(chǎn)量氣象預報、農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測評估、農(nóng)用天氣預報、生態(tài)氣象監(jiān)測評估等，各項業(yè)務(wù)需要的輸入數(shù)據(jù)、處理過程、結(jié)果表現(xiàn)形式不盡相同。為保證子系統(tǒng)及其模塊的集成性、穩(wěn)定性、先進性等，系統(tǒng)綜合應用各項技術(shù)，實現(xiàn)主要業(yè)務(wù)子系統(tǒng)部件組的集成。

系統(tǒng)采用的主要信息技術(shù)包括：插件框架技術(shù)、大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫應用技術(shù)和地理信息系統(tǒng)應用技術(shù)等?；诜瓷錂C制的插件框架技術(shù)實現(xiàn)各子系統(tǒng)及功能模塊的統(tǒng)一集成，采用大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣象各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和高效綜合分析，地理信息系統(tǒng)技術(shù)提供各項業(yè)務(wù)所需要的基礎(chǔ)地理信息服務(wù)、空間分析以及對矢量和柵格要素的渲染及制圖。

系統(tǒng)采用的主要農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)技術(shù)包括：農(nóng)業(yè)氣象數(shù)理統(tǒng)計、衛(wèi)星遙感監(jiān)測評估、作物模型模擬等。農(nóng)業(yè)氣象數(shù)理統(tǒng)計是農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)方法，主要建立作物特性與氣象條件的關(guān)系；衛(wèi)星遙感模型是基于衛(wèi)星遙感觀測到的光譜性質(zhì)進行作物生長狀況分析的方法；作物模型模擬是對作物生長過程進行生物物理化學過程的數(shù)學模擬，是通過作物機理模擬進行農(nóng)業(yè)氣象分析的方法。這3項技術(shù)是當前實現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測、評價、預報等業(yè)務(wù)的主要手段。利用各項技術(shù)綜合集成來解決所面臨的業(yè)務(wù)問題，已成為主要的技術(shù)發(fā)展趨勢。系統(tǒng)中相關(guān)技術(shù)被封裝成農(nóng)業(yè)氣象算法類庫供各部分調(diào)用，各項業(yè)務(wù)則以插件方式作為一個部件組而存在。

2.1 系統(tǒng)采用的信息技術(shù)

2.1.1 基于反射機制的插件框架技術(shù)

插件是指遵循一定的接口規(guī)范、可以動態(tài)加載和運行的程序集，主程序利用反射機制動態(tài)地加載程序集，插件式框架通過插件配置信息來描述、組織插件信息，通過添加程序集(動態(tài)鏈接庫)信息、插件定義描述信息，輔助系統(tǒng)組織和加載插件。因此，可以將各項業(yè)務(wù)設(shè)置為部件程序集，供主框架加載和運行，各個部件組只需要遵守一定的插件接口編程規(guī)范。這種方式避免了界面風格不統(tǒng)一、計算方法不一致、開發(fā)語言不一致及其導致的各個程序之間通用性差、無法復用的問題。系統(tǒng)考慮各業(yè)務(wù)程序之間的通用性、共用性、一致性，設(shè)計采用共同框架，采用宿主與插件的結(jié)構(gòu)，所有程序共用宿主部分，程序的區(qū)分部分在插件。宿主程序能夠調(diào)用插件對象，插件對象能夠在宿主程序上實現(xiàn)自己的邏輯，兩者的交互基于一種公共的通信契約。宿主程序可以獨立于插件對象存在，通過增減插件或修改插件的方式增加或調(diào)整功能。

插件框架能夠有效降低功能與對象管理邏輯之間的耦合程度。插件由插件應用程序框架、插件資源庫、公共函數(shù)庫和插件規(guī)范4部分組成。插件應用程序框架負責應用程序的整體運行，提供插件調(diào)用的入口，根據(jù)業(yè)務(wù)需求以反射機制調(diào)用具體插件，實現(xiàn)業(yè)務(wù)功能。插件資源庫對應用程序所包含的所有插件進行集中管理，所包含的插件是完成實際功能的實體，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯的插件接口。公共函數(shù)庫是一組函數(shù)或者類，通常是一個獨立的動態(tài)鏈接庫(DLL)，應用程序框架和插件都可以調(diào)用。插件規(guī)范是對插件式的軟件框架從標準規(guī)范層面提供支撐，包括對插件接口、插件設(shè)計開發(fā)、插件調(diào)用的一系列約束性規(guī)定。為減少各插件之間的耦合，每項業(yè)務(wù)插件所涉及的數(shù)據(jù)均來源于農(nóng)業(yè)氣象綜合數(shù)據(jù)庫，插件內(nèi)部的業(yè)務(wù)邏輯通過調(diào)用公共的農(nóng)業(yè)氣象算法庫實時加載實現(xiàn)。

CAgMSS選用C#實現(xiàn)了插件框架的開發(fā)，農(nóng)業(yè)氣象評價、作物產(chǎn)量預報、農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測預報、農(nóng)用天氣預報等子系統(tǒng)均基于此插件框架進行開發(fā)，其主界面見圖3。系統(tǒng)主窗口容器為框架中的主窗口，添加的所有插件和展示內(nèi)容都需加載到主窗口中運行。在主窗口的構(gòu)造函數(shù)中，對主菜單、工具欄、狀態(tài)欄、布局面板進行初始化加載，顯示到主窗口中。系統(tǒng)主界面左下方為操作面板，用于執(zhí)行用戶參數(shù)配置或者接收用戶操作訊息。右下方為視圖面板，用于顯示用戶查詢結(jié)果圖表和圖形產(chǎn)品的區(qū)域。用戶插件的實現(xiàn)需要繼承操作面板類以實現(xiàn)用戶操作，繼承視圖面板以實現(xiàn)結(jié)果展現(xiàn)。系統(tǒng)實現(xiàn)了共享、共用、集約化的設(shè)計原則，具有良好的可擴展性，便于定制開發(fā)，定義了統(tǒng)一的接口開發(fā)規(guī)范，便于分工協(xié)作和方法復用，同時利用總體框架約束操作風格，保證界面和使用習慣的一致性。

圖3 CAgMSS主界面Fig.3 The main user interface of CAgMSS

2.1.2 基于大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理和分析技術(shù)

農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是開展農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)。長期以來，由于農(nóng)業(yè)氣象觀測與地面氣象觀測存在較大的差異，從觀測方式、數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)傳輸均其特殊之處，農(nóng)業(yè)氣象觀測數(shù)據(jù)的信息化工作難度大。系統(tǒng)采用大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫替代了之前基于文件進行數(shù)據(jù)管理和分析的方式，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)氣象長時間序列數(shù)據(jù)高效分析和任意時間段的查詢和統(tǒng)計分析，同時可以規(guī)范農(nóng)業(yè)氣象資料的存儲和分析方式，實現(xiàn)各應用單位之間數(shù)據(jù)和方法共享，節(jié)約研發(fā)成本。本系統(tǒng)目前支持Oracle，SQL Server和MySQL 3種主流的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。每張數(shù)據(jù)表均有主鍵，保證了每條數(shù)據(jù)記錄的唯一性；對于巨量的數(shù)據(jù)表采用數(shù)據(jù)分區(qū)技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)查詢的效率；數(shù)據(jù)庫采用了冷備份和熱備份兩種機制，可有效保障數(shù)據(jù)的安全性。

數(shù)據(jù)庫表的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)采用《農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)庫設(shè)計規(guī)范》[24]作為設(shè)計的技術(shù)標準。根據(jù)該標準，將農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分為地面氣象數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)氣象觀測數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟統(tǒng)計信息和農(nóng)業(yè)氣象基礎(chǔ)編碼4類。

①地面氣象數(shù)據(jù)包括實時地面氣象要素、歷史氣象要素、氣象預報要素等，其主要氣象要素有平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、水汽壓、風速、日照時數(shù)、本站氣壓、相對濕度、最小相對濕度、最大相對濕度、露點溫度、總云量、低云量、0 cm地溫、最高地溫、最低地溫、20:00—20:00降水量、08:00—08:00降水量、20:00—08:00降水量、08:00—20:00降水量、積雪深度等。

②農(nóng)業(yè)氣象觀測數(shù)據(jù)包括作物生長發(fā)育、干物質(zhì)與葉面積、灌漿速度、產(chǎn)量因素、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵農(nóng)事活動、縣產(chǎn)量水平、土壤水文物理特性、動植物物候期、氣象水文現(xiàn)象、牧草發(fā)育期、牧草生長高度、牧草產(chǎn)量、覆蓋度及草層采食度、灌木半灌木密度、家畜膘情等級調(diào)查、農(nóng)業(yè)氣象災害觀測、農(nóng)業(yè)氣象災害調(diào)查、牧草災害、家畜災害、土壤水分自動觀測等。

③農(nóng)業(yè)經(jīng)濟統(tǒng)計信息包括農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)背景等。

④農(nóng)業(yè)氣象基礎(chǔ)編碼表包括作物名稱編碼、牧草名稱編碼、草本木本植物及動物名稱編碼、災害名稱編碼、氣象水文現(xiàn)象編碼、作物產(chǎn)量因素編碼、作物產(chǎn)量結(jié)構(gòu)編碼、田間工作項目編碼、作物發(fā)育期編碼、物候期編碼、地段類型編碼、土層深度編碼、土層狀態(tài)編碼、預計對產(chǎn)量的影響編碼、畜牧災害等級編碼、草層狀況評價編碼、牧草采食度編碼、家畜膘情等級編碼、站點信息、地面天氣現(xiàn)象編碼等。

2.1.3 基于地理信息系統(tǒng)技術(shù)的空間分析

CAgMSS作為農(nóng)業(yè)氣象專用的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，生產(chǎn)和制作符合氣象行業(yè)要求的農(nóng)業(yè)氣象圖形產(chǎn)品是其重要功能之一。在各類氣象圖形產(chǎn)品制作工具中，采用地理信息系統(tǒng)技術(shù)可完成整個產(chǎn)品的生產(chǎn)和制作，同時地理信息系統(tǒng)技術(shù)可對產(chǎn)品制作中的空間數(shù)據(jù)進行管理、分析等操作，其主要功能包括提供空間數(shù)據(jù)引擎、空間分析工具、氣象符號庫、產(chǎn)品模板管理和交互制圖等。本系統(tǒng)采用的地理信息系統(tǒng)技術(shù)是ArcGIS提供的空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE和地理信息編程組件ArcEngine。

本系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)引擎支持GeoDatabase和Oracle Spatial兩種方式，通過局域網(wǎng)提供客戶端系統(tǒng)訪問。支持常用氣象數(shù)據(jù)MICAPS，ArcGIS和通用GIS數(shù)據(jù)的讀取；統(tǒng)一采用Shp文件空間數(shù)據(jù)格式，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的一體化管理，支持外部數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)。本系統(tǒng)的重要特點是開發(fā)了對MICAPS數(shù)據(jù)的支持，包括1類、3類、4類、7類、8類、14類數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換成矢量或柵格數(shù)據(jù)進行分析。同時支持多種GIS常用數(shù)據(jù)格式(如SHP，CSV，DBF，DLG，MIF，TAB等)接入與轉(zhuǎn)換。

本系統(tǒng)集成的空間分析功能，包括空間數(shù)據(jù)編輯、空間插值、緩沖區(qū)分析、坡度坡向計算、疊加分析、等值線計算、空間統(tǒng)計等。

地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)制圖技術(shù)是本系統(tǒng)主要的產(chǎn)品加工制作方法，包括模板管理、專題圖制作、打印輸出等。模板管理包括對工作模板(MXD文檔)進行新建、保存及刪除操作，專業(yè)產(chǎn)品模板存儲在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，利于各個子系統(tǒng)調(diào)用。專題圖制作實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)氣象情報、預報、評估等各類產(chǎn)品進行加工，包括基本的符號化配置(圖例、比例尺、標題、注記等)及圖飾添加、柵格數(shù)據(jù)灰度值分類、色標定義、統(tǒng)計分析圖表制作等。專題圖打印輸出是將選定范圍內(nèi)的地圖以GIF，JPG，BMP，TIFF等圖片格式輸出，輸出時需要控制柵格圖片的分辨率、背景色、透明度等參數(shù)。

2.2 系統(tǒng)采用的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)技術(shù)

系統(tǒng)采用的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)技術(shù)主要包括農(nóng)業(yè)氣象數(shù)理統(tǒng)計、衛(wèi)星遙感監(jiān)測評估和作物生長模型模擬，主要以農(nóng)業(yè)氣象算法庫(動態(tài)鏈接庫)、Oracle函數(shù)和存儲過程等方式進行集成。

2.2.1 農(nóng)業(yè)氣象數(shù)理統(tǒng)計技術(shù)

數(shù)理統(tǒng)計是目前農(nóng)業(yè)氣象科研和業(yè)務(wù)中應用最廣泛的方法。在農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)中比較常用的統(tǒng)計方法包括統(tǒng)計特征量分析、假設(shè)檢驗、回歸分析、相關(guān)分析、聚類分析等。統(tǒng)計方法可以表達和尋找事物的基本特征、事物變化的主要因素和自身規(guī)律，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)定量化的重要手段[25-26]，農(nóng)業(yè)氣象數(shù)理統(tǒng)計是本系統(tǒng)重要的技術(shù)基礎(chǔ)。本系統(tǒng)以動態(tài)鏈接庫方式集成了農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法包括統(tǒng)計特征量、隨機變量及其概率分布函數(shù)、聚類分析、回歸分析等。

本系統(tǒng)集成的統(tǒng)計特征量計算方法包括平均值、極端值、較差、變率、均方差、變差系統(tǒng)、偏態(tài)系數(shù)等。系統(tǒng)中最常用的統(tǒng)計量有年、季、月、旬以及任意時間段的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、極值最高氣溫、極值最低氣溫、高溫日數(shù)、低溫日數(shù)、日照時數(shù)、累積降水量、降雨日數(shù)、暴雨日數(shù)、積雪日數(shù)、霜凍日數(shù)、平均風速、最大風速、平均風向、盛行風向、大風日數(shù)等。同時，系統(tǒng)支持農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)中常用的穩(wěn)定通過0℃，5℃，10℃，12℃，15℃等界限溫度的日期、日數(shù)、積溫、負積溫、日照時數(shù)、降水量等特征量。

2.2.2 衛(wèi)星遙感監(jiān)測評估技術(shù)

風云系列氣象衛(wèi)星從試驗衛(wèi)星進入業(yè)務(wù)監(jiān)測衛(wèi)星的行列，其時空分辨率和數(shù)據(jù)成像質(zhì)量均有較大提高，為開展農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)提供了重要支撐。本系統(tǒng)以風云氣象衛(wèi)星作為數(shù)據(jù)源，采用動態(tài)鏈接庫方式集成了主流的作物長勢監(jiān)測的方法和干旱遙感方法。長勢監(jiān)測方法主要包括直接監(jiān)測法、同期對比法和作物生長過程監(jiān)測法。干旱遙感監(jiān)測指數(shù)包括VCI，TCI，VWSI，TVDI等。系統(tǒng)通過訪問國家衛(wèi)星氣象中心共享云盤，實現(xiàn)衛(wèi)星遙感觀測數(shù)據(jù)的訪問，主要包括植被指數(shù)、陸表溫度和微波土壤濕度等產(chǎn)品。

2.2.3 作物生長模型模擬技術(shù)

作物生長模型是從以光、溫、水、土壤等條件為環(huán)境驅(qū)動變量，運用數(shù)學物理方法和計算機技術(shù)，對作物生育期內(nèi)光合、呼吸、蒸騰等重要生理生態(tài)過程及其與氣象、土壤等環(huán)境條件以及耕作、灌溉、施肥等技術(shù)條件的關(guān)系進行定量描述和預測，再現(xiàn)農(nóng)作物生長發(fā)育及產(chǎn)量形成過程。本系統(tǒng)以可執(zhí)行文件和動態(tài)鏈接庫方式集成了WOFOST，APSIM和WheatSM等作物生長模擬模型，融合了農(nóng)業(yè)氣象觀測和土壤水分自動站數(shù)據(jù)，并針對冬小麥、玉米、水稻等作物進行了參數(shù)本地化調(diào)試、模型適應性調(diào)整和區(qū)域化應用，目前系統(tǒng)輸出結(jié)果主要用于在農(nóng)業(yè)氣象評價、作物產(chǎn)量預報和災害影響評估等方面。

3 農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成與應用

CAgMSS自2010年開始建設(shè)，2012年投入業(yè)務(wù)運行，不斷增加補充完善各個子系統(tǒng)和模塊。系統(tǒng)以插件方式定義了數(shù)據(jù)綜合分析、農(nóng)業(yè)氣象評價、作物產(chǎn)量預報、災害監(jiān)測評估、農(nóng)林病蟲害氣象等級預報、農(nóng)用天氣預報、生態(tài)氣象監(jiān)測評估、農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測、作物模型應用和圖形產(chǎn)品制作共10個部件組，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集管理、業(yè)務(wù)模型分析運算以及監(jiān)測評估預報產(chǎn)品制作等業(yè)務(wù)的一體化，顯著提高了工作效率，成為提升氣象為農(nóng)服務(wù)產(chǎn)品精細化、自動化的重要支撐?；谠撓到y(tǒng)制作的農(nóng)業(yè)氣象情報、作物產(chǎn)量氣象預報、國外農(nóng)業(yè)氣象條件監(jiān)測、關(guān)鍵農(nóng)時農(nóng)事氣象服務(wù)、農(nóng)業(yè)氣象災害影響評估等一批高質(zhì)量的服務(wù)產(chǎn)品，在指導全國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)防災減災中發(fā)揮了重要作用，2012年在14個冬小麥主產(chǎn)省進行部署并開展業(yè)務(wù)應用。2015—2018年全國31個省(區(qū)、市)利用該系統(tǒng)開展農(nóng)業(yè)干旱互動訂正、作物產(chǎn)量預報、作物模型應用等業(yè)務(wù)工作。

3.1 農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測評價

農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測評價主要包括農(nóng)作物生長狀況估、土壤水分以及氣象條件等方面的監(jiān)測評估，是開展農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)性工作。本系統(tǒng)以插件方式定義了農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測評價部件組，實現(xiàn)了CIMISS地面氣象觀測數(shù)據(jù)、土壤水分觀測數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)氣象觀測數(shù)據(jù)與產(chǎn)品加工制作方法的集成，實現(xiàn)了一鍵式產(chǎn)品制作。

農(nóng)作物生長狀況是最基本的農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測信息，是掌握全國農(nóng)情的第一要素。對農(nóng)作物生長狀況的監(jiān)測主要基于農(nóng)業(yè)氣象觀測站進行。目前全國653個農(nóng)業(yè)氣象觀測站開展作物生長狀況觀測，主要觀測要素包括作物發(fā)育期、高度、密度、苗情等。作物生長狀況評估，主要采用發(fā)育期實況及距平或苗情統(tǒng)計方法。根據(jù)農(nóng)業(yè)氣象觀測站空間分布特點，CAgMSS農(nóng)作物生長狀況監(jiān)測產(chǎn)品采用空間離散點方式進行作物基于農(nóng)業(yè)氣象觀測站的監(jiān)測數(shù)據(jù)每周定期制作，是農(nóng)業(yè)氣象情報產(chǎn)品中最基本的組成部分(作物發(fā)育期產(chǎn)品見圖4a，作物生長狀況監(jiān)測產(chǎn)品見圖4b)。

對于大尺度范圍作物生長狀況的面上監(jiān)測，本系統(tǒng)采用衛(wèi)星遙感監(jiān)測。系統(tǒng)集成了植被指數(shù)絕對值(圖5a)和與上年對比值(圖5b)兩種方法。衛(wèi)星遙感監(jiān)測手段擴展了監(jiān)測的空間范圍，實現(xiàn)了區(qū)域監(jiān)測，與地面作物觀測系統(tǒng)觀測結(jié)果相互補充、互相驗證。

土壤水分狀況是開展農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測的另一個重要要素。土壤水分直接決定著作物的蒸騰作用，對作物生長產(chǎn)生直接影響。CAgMSS土壤水分監(jiān)測產(chǎn)品，是基于全國2000余個土壤水分自動站數(shù)據(jù)研發(fā)，采用反距離權(quán)重空間插值產(chǎn)生，主要產(chǎn)品包括10 cm，20 cm，30 cm，40 cm和50 cm土壤相對濕度。目前系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)訪問、土壤水分質(zhì)量控制方法、空間插值方法和產(chǎn)品制作的集成，可逐日自動出圖。其中集成的土壤水分質(zhì)量控制方法主要包括界限值檢驗、垂直一致檢驗、時間一致性檢驗等，標記不可用站點，剔除不可用站點數(shù)據(jù)。對質(zhì)量控制后的可用站點數(shù)據(jù)進行空間插值分析，使用土地利用圖去除掉沙漠和裸巖地區(qū)，通過調(diào)用GIS制圖引擎完成空間圖形產(chǎn)品制作。從質(zhì)量控制后的土壤水分結(jié)果能夠比較客觀地反映土壤干濕情況(圖6)。

圖4 作物生長發(fā)育監(jiān)測產(chǎn)品 (a)作物發(fā)育期產(chǎn)品，(b)作物生長狀況監(jiān)測產(chǎn)品Fig.4 Site monitoring products of crop growth (a)the crop development stage monitoring，(b)the crop growth condition monitoring

圖5 作物生長遙感監(jiān)測產(chǎn)品(a)農(nóng)作物植被指數(shù)監(jiān)測，(b)農(nóng)作物植被指數(shù)與上年對比監(jiān)測Fig.5 Remote sensing monitoring products of crop growth(a)NDVI over crop planting area，(b)NDVI difference compared to last year over crop planting area

圖6 土壤水分自動站監(jiān)測產(chǎn)品Fig.6 Soil moisture monitoring products with data from automatic observation sites

氣象條件監(jiān)測評估是農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測評估的重要內(nèi)容。作物生長受到氣溫、降水、日照等多種氣象因素的影響，CAgMSS氣象條件監(jiān)測評估產(chǎn)品基于2400個國家氣象觀測站數(shù)據(jù)研發(fā)。目前應用最多監(jiān)測評估方法是距平法，周尺度產(chǎn)品如氣溫距平、降水距平百分率、日照距平百分率等，由CAgMSS自動作業(yè)系統(tǒng)定時生成。

近年來，為綜合定量評價光、溫、水等氣象因子對農(nóng)作物不同階段生長發(fā)育的影響, 建立相應的溫度、水分、日照的綜合氣候適宜度，定量評價作物生長氣象條件適宜程度(圖7)。

圖7 作物生長綜合氣候適宜度Fig.7 The integrated crop growth climate suitability

3.2 農(nóng)作物產(chǎn)量氣象預報

農(nóng)作物產(chǎn)量預報是我國基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)服務(wù)工作，主要基于作物生長過程與氣象條件之間的相互關(guān)系，構(gòu)建數(shù)學模型預報作物的產(chǎn)量。目前CAgMSS定義了農(nóng)作物產(chǎn)量氣象預報部件組，實現(xiàn)了氣象觀測數(shù)據(jù)、產(chǎn)量預報模型和結(jié)果產(chǎn)品的集成。系統(tǒng)采用的氣象統(tǒng)計方法主要包括歷史年豐歉指數(shù)法、關(guān)鍵因子法和氣候適宜度法，以及通過3種方法加權(quán)平均建立的作物產(chǎn)量氣象統(tǒng)計預報綜合模型。采用面矢量要素分級進行圖形顯示并輸出預報表格產(chǎn)品見圖8。

圖8 作物單產(chǎn)增減趨勢Fig.8 The trend of increase or decrease in crop yield

3.3 農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測預報

農(nóng)業(yè)氣象災害是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素，對于農(nóng)業(yè)氣象災害的監(jiān)測預報一直是農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)服務(wù)的重點工作。目前CAgMSS已經(jīng)實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)干旱、漬澇、低溫冷害、霜凍、寒害、凍害、低溫陰雨、寒露風、干熱風、高溫熱害等主要農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測預報，在我國農(nóng)業(yè)氣象防災減災決策服務(wù)中發(fā)揮了重要作用。農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測評估通常包括指標判識、數(shù)理統(tǒng)計、遙感監(jiān)測和實地調(diào)查等方法，目前指標判識是最主要的監(jiān)測評估方法，我國的農(nóng)業(yè)氣象災害指標均有相關(guān)的國家標準和行業(yè)標準發(fā)布。農(nóng)業(yè)氣象災害預報是利用城鎮(zhèn)天氣預報或者智能網(wǎng)格氣象預報產(chǎn)品(如氣溫、降水、濕度、風速)和作物受災指標相結(jié)合，對災害性天氣進行預報。由于單一指標或單一模型往往具有局限性, 需要采用多種指標、多模型進行綜合集成判別, 才能取得較好的效果。以農(nóng)業(yè)干旱為例, CAgMSS實現(xiàn)了土壤相對濕度、作物水分虧缺距平指數(shù)、衛(wèi)星遙感、降水距平等多種監(jiān)測指標的綜合集成，實現(xiàn)了逐日滾動的綜合監(jiān)測產(chǎn)品制作(圖9)。目前隨著5 km水平分辨率智能網(wǎng)格預報技術(shù)的發(fā)展，CAgMSS實現(xiàn)了干旱指標與智能網(wǎng)格預報產(chǎn)品的集成，制作了5 km水平分辨率農(nóng)業(yè)氣象災害預報產(chǎn)品，提高了產(chǎn)品的精細化程度。

3.4 農(nóng)用天氣預報

農(nóng)用天氣是指從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)角度分析、考慮和應用的天氣, 著重強調(diào)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動和作物生長影響較大的天氣現(xiàn)象或天氣過程。我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的主要農(nóng)用天氣類型包括冬春季節(jié)的農(nóng)作物越冬天氣、春耕春播季節(jié)的播種育秧天氣、夏收連陰雨天氣、夏季干熱風和伏旱天氣、秋風秋雨和寒露風天氣等。農(nóng)用天氣預報是根據(jù)當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中作物生長發(fā)育、各主要農(nóng)事活動以及相關(guān)技術(shù)措施對天氣條件的需要而編發(fā)的針對性較強的專業(yè)氣象預報，是為服務(wù)于關(guān)鍵農(nóng)時農(nóng)事活動而開展的一項新的業(yè)務(wù)工作。CAgMSS采用多頁面方式按照農(nóng)事活動的順序集成了主要大宗作物播種、灌溉、收獲等主要生產(chǎn)活動過程天氣適宜程度預報方法，為我國春耕春播、夏收夏種、秋收秋種等全國范圍內(nèi)的重點農(nóng)時農(nóng)事活動提供了準確、即時的氣象服務(wù)產(chǎn)品，春玉米播種氣象適宜度預報產(chǎn)品見圖10a，春玉米收獲氣象適宜度預報產(chǎn)品見圖10b。

圖9 農(nóng)業(yè)干旱綜合監(jiān)測產(chǎn)品Fig.9 The integrated index product for agricultural drought monitoring

圖10 關(guān)鍵農(nóng)事活動氣象適宜度預報(a)春玉米播種氣象適宜度預報產(chǎn)品，(b)春玉米收獲氣象適宜度預報產(chǎn)品Fig.10 The weather suitability forecast for key agricultural activities(a)the forecast for spring maize sowing，(b)the forecast for spring maize harvest

續(xù)圖10

4 結(jié)論與討論

CAgMSS自2012年投入業(yè)務(wù)以來，穩(wěn)定運行7年，在系統(tǒng)支持下，每年制作近千期業(yè)務(wù)服務(wù)產(chǎn)品，明顯提高了業(yè)務(wù)工作的效率，這些產(chǎn)品在決策服務(wù)和公眾服務(wù)中發(fā)揮了顯著的作用?？傮w而言，CAgMSS采用當前比較先進的信息技術(shù)和農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)技術(shù)相結(jié)合解決了農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)問題，主要包括：

1) 采用大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫規(guī)范了農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)應用的各類數(shù)據(jù)，解決了長期以來困擾農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)應用的數(shù)據(jù)種類多、內(nèi)容雜等問題，為農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)的采集、管理和應用打下良好基礎(chǔ)。

2) 采用基于反射機制的插件式技術(shù)框架，易于集成各業(yè)務(wù)功能，提高了軟件的復用率，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)平臺集約化的設(shè)計理念；采用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，解決了基礎(chǔ)地圖引擎、農(nóng)業(yè)氣象空間分析、產(chǎn)品加工制作等問題，使農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)服務(wù)產(chǎn)品制圖符合國家相關(guān)測繪技術(shù)標準和行業(yè)規(guī)范。

3) 系統(tǒng)集成了農(nóng)業(yè)氣象數(shù)理統(tǒng)計、衛(wèi)星遙感監(jiān)測和作物模型模擬等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)的關(guān)鍵性技術(shù)，實現(xiàn)了多元數(shù)據(jù)、多指標、多模型在農(nóng)業(yè)氣象評價、農(nóng)作物產(chǎn)量氣象預報、農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測預報、農(nóng)用天氣預報等領(lǐng)域的綜合應用，提高了農(nóng)業(yè)氣象產(chǎn)品的定量化、精細化、客觀化水平。

隨著大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等信息技術(shù)的發(fā)展以及智慧氣象服務(wù)等概念的提出，業(yè)務(wù)系統(tǒng)自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等新的需求不斷涌現(xiàn)。目前基于集中式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(如Oracle)和大型空間分析引擎(如ArcGIS)的技術(shù)架構(gòu)需要重新審視，集中式數(shù)據(jù)庫雖然內(nèi)部集成了大量的數(shù)據(jù)分析功能，給業(yè)務(wù)分析帶來了便利，但數(shù)據(jù)服務(wù)全部集中于中心服務(wù)器，如果備份方案不完善，將給數(shù)據(jù)安全帶來較大隱患；大型地理信息空間分析引擎盡管功能強大，但屬于商業(yè)軟件，產(chǎn)品價格高，在推廣過程中用戶需承擔相應經(jīng)濟成本，而柵格數(shù)據(jù)處理效率較低，產(chǎn)品制作時間較長，影響用戶體驗。因此，如何與最新信息技術(shù)相結(jié)合，利用開源框架，解決現(xiàn)有農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)平臺在數(shù)據(jù)安全、海量數(shù)據(jù)快速處理和多元數(shù)據(jù)融合智能分析等方面能力不足的問題，將成為今后CAgMSS發(fā)展的方向。目前基于HDFS的分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)為解決數(shù)據(jù)安全問題提供了解決方案，同時基于SPARK框架的大數(shù)據(jù)量快速計算技術(shù)也為海量數(shù)據(jù)處理提供了新的技術(shù)思路。這些技術(shù)如何與農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)相結(jié)合，是今后CAgMSS需要探索的方向。另外，基于作物實景觀測的作物生長狀況自動識別技術(shù)、作物模型模擬與專家決策支持系統(tǒng)技術(shù)、農(nóng)業(yè)氣象大數(shù)據(jù)挖掘與深度學習技術(shù)，將成為未來支撐農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的關(guān)鍵性業(yè)務(wù)技術(shù)。在新的信息技術(shù)和業(yè)務(wù)技術(shù)條件下，CAgMSS如何實現(xiàn)系統(tǒng)運行自動化、核心技術(shù)智能化、業(yè)務(wù)服務(wù)智慧化，將成為未來一段時間內(nèi)需要重點研究的內(nèi)容。